專利名稱：太陽能利用裝置及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能利用裝置及使用方法。
背景技術(shù)：
太陽能是最重要的可再生能源，但太陽輻射的能流密度很低，約1千瓦每平米。如果直 接轉(zhuǎn)化成熱能，工質(zhì)溫度較低，僅能產(chǎn)生熱水用于洗澡，用途有限。平板太陽能電池可安裝 在屋頂，不占地，抗風(fēng)能力強(qiáng)，因此壽命長(zhǎng)，可達(dá)二十五年。但由于材料工藝等原因同樣造 價(jià)高昂。平板太陽能電池發(fā)電成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沼氣發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電和傳統(tǒng)的水電煤電，甚至 高出煤電十倍以上。
采用反射聚光裝置提高太陽能的能流密度是降低成本的一種有效手段。非跟蹤的反射聚 光裝置的聚光比很低，考慮到反射聚光裝置無法利用散射光，而許多地區(qū)的散射光能量比例 可能會(huì)達(dá)30% 50%，因此應(yīng)用價(jià)值較低。帶跟蹤系統(tǒng)的反射聚光裝置主要由聚光器、接收器 和跟蹤系統(tǒng)，支架等幾大部分組成。目前反射聚光裝置土要有三種碟式聚光器(parabolic dish concentrator ) 、 土荅式聚光器(solar tower concentrator)、 牛曹式昇$光器(parabolic through concentrator)。
碟式聚光器采用旋轉(zhuǎn)拋物面的碟形反射鏡制造復(fù)雜，跟蹤系統(tǒng)是兩維的，較昂貴。由于 碟式聚光器很難做成大尺寸，只能適合小規(guī)模應(yīng)用。
塔式聚光器定日鏡跟蹤裝置需要多套兩維跟蹤系統(tǒng)，較昂貴。占用大量土地資源，比較 適合建在在沙漠荒山。
槽式聚光器以線聚焦代替了點(diǎn)聚焦，并且聚焦的接收器管線隨著柱狀拋物面反射鏡一起 跟蹤太陽而運(yùn)動(dòng)。跟蹤系統(tǒng)是一維的，較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是，由于焦線長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米，抗風(fēng)能力很弱。
綜上所述，要達(dá)到一定的聚光比，必須使用跟蹤裝置。而要使大面積的反射鏡做跟蹤運(yùn) 動(dòng)就比較困難，由少數(shù)支點(diǎn)支撐，繞支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，支架受力條件非常惡劣。因此支架底板以及 跟蹤系統(tǒng)造價(jià)高昂，抗風(fēng)能力差，如遇到強(qiáng)風(fēng)很容易毀壞，幾乎無法安裝在屋頂，占地巨大。
對(duì)上述聚光器分析可知，如果能夠固定反射鏡，則原有系統(tǒng)將分成兩部分，面積龐大的 反射鏡由于完全固定，受力從單一的可旋轉(zhuǎn)的支點(diǎn)變成多個(gè)固定支點(diǎn)甚至固定邊、固定面， 受力情況大大改善?？梢圆捎煤?jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，造價(jià)低不易損壞，甚至還可以當(dāng)屋頂使用。而另 --部分，迎風(fēng)面積很小的接收器運(yùn)動(dòng)追蹤陽光，風(fēng)力等載荷很小，也不易損壞，對(duì)支架和跟蹤系統(tǒng)的要求也降低了。就可以達(dá)到降低造價(jià)，提高壽命的目的。
固定反射鏡而使接收器追蹤反射的匯聚光是解決上述問題的一種有效途徑，過去也有專 家學(xué)者對(duì)固定反射鏡也做過一些探索。如有文獻(xiàn)(拋物面反射鏡對(duì)傾斜入射光的聚光作用
徐任學(xué)，太陽能學(xué)報(bào)，1985.4第6巻第2期；傾斜入射光引起旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡的散焦，徐 任學(xué)，太陽能學(xué)報(bào)，1990.4第11巻第4期)分析了傾斜入射光射入拋物面時(shí)的散焦?fàn)顩r。中 國(guó)專利申請(qǐng)CN1361397公開了一種超大面積太陽能聚光跟蹤裝置，其采用固定反射面結(jié)構(gòu)， 平移運(yùn)動(dòng)接收器，跟蹤聚焦線。然而這類現(xiàn)有裝置固定反射鏡后，陽光勢(shì)必會(huì)以傾斜的角度 入射，造成散焦，圖1為采用光線跟蹤算法數(shù)值模擬的這種結(jié)果。圖1中，入射光為平行光， 為更清楚地觀察，圖中省去了入射光線。如圖1中所示，陽光以23.5度斜射在某一弧度較深 的反射面，反射光線并未聚焦于某一點(diǎn)上，而是在一個(gè)區(qū)域內(nèi)。即光線已經(jīng)散焦，從圖中還 可看出由于散焦程度嚴(yán)重，聚光比很低，這意味著低品位的能源和昂貴的大面積的接收器。 聚光比是非常重要的，因?yàn)閹缀跛械姆瓷渚酃馄鞫紵o法聚焦太陽光中的散射光線。而在多 云多霧多塵的某些地區(qū)，這些散射光線的能量甚至可以占到總福射能量的50%。而此時(shí)接收 器如果是太陽能電池板只能接收單面輻射，即本身也會(huì)遮擋一部分光線的話，則即使聚光比 為3，接收的能量也僅和同樣面積的非聚光電池板相當(dāng)。這還未考慮反射器跟蹤機(jī)構(gòu)支架的 造價(jià)。這也是目前絕大多數(shù)槽式聚光器采用反射器和接收器同歩轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤太陽的原因。這樣 陽光可以會(huì)聚在焦點(diǎn)上，其理論上的聚光比為無窮大。
因此固定反射鏡必須有效地減輕散焦的程度，達(dá)到所需的聚光比。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種太陽能利用裝置，其具有一個(gè)或多個(gè)太陽光反射 接收單元，每個(gè)反射接收單元包括反射器和接收器，反射器固定設(shè)置在支架上，反射器采用 長(zhǎng)凹槽型反射面，接收器與反射器的長(zhǎng)縱向平行，其特征在于，確定反射器的有效反射面的 橫截面的槽線的兩端點(diǎn)分別為A、 B，確定反射器的有效反射面的橫截面的槽線的中點(diǎn)為O， 確定線段AB的中點(diǎn)為C，線段AC和BC的長(zhǎng)度為/，線段OC的長(zhǎng)度為/2，則2/: /^川 /(W; 確定平行于OC的光線投射到A點(diǎn)和0點(diǎn)反射后聚于F點(diǎn)，ZAF0=2^，圓弧AFB的圓心
為點(diǎn)E，則線段OE的長(zhǎng)度/促-/,:7, = /7 + /*"g26-〃sin4^ ，圓弧AFB的半徑大小即為
線段EF的長(zhǎng)度/,,,.. = ^ * = * = ,該裝置具有使得接收器能夠沿弧
2cos 26*2 cos2P sin461
形軌跡追蹤經(jīng)反射器反射匯聚后的太陽光的跟蹤機(jī)構(gòu)，所述弧形軌跡上任一點(diǎn)X距圓心E的
距離/w^0.5^,1.5/w,。所述弧形軌跡較佳為圓弧AFB。
反射器的支撐可以采用單層金屬板結(jié)構(gòu)。
接收器可以為真空集熱管。
反射器的長(zhǎng)凹槽反射面可以由多片表面為平面的長(zhǎng)條形反射鏡構(gòu)成。
跟蹤機(jī)構(gòu)可以包括光強(qiáng)感應(yīng)器和使接收器能夠沿弧形軌跡移動(dòng)的致動(dòng)結(jié)構(gòu)。通過光強(qiáng)感 應(yīng)器能夠定位接收器的最佳位置。
致動(dòng)結(jié)構(gòu)可以為繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，也可以為軌道滑動(dòng)式結(jié)構(gòu)。
反射器可以采用夾芯板拼接結(jié)構(gòu)，例如，夾芯板包括上基板，下基板和填充在兩層基板 中間的保溫層，上基板上具有反射層。
夾芯板的側(cè)面可以裝有企口、密封條。 夾芯板上可以裝有加強(qiáng)筋、側(cè)梁和隔熱墊。 接收器可以為整體直接焊接或以法蘭連接的集熱管。 較佳地該裝置具有鎖定接收器的鎖定結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還提供了一種太陽能利用方法，其利用上述任一項(xiàng)太陽能利用裝置構(gòu)建房屋的屋 頂或墻體。
屋頂下可以裝有蓄熱室儲(chǔ)藏太陽能，蓄熱室包括外保溫板，內(nèi)壁，蓄熱介質(zhì)和進(jìn)出管路。 蓄熱室可以在黑夜以及陰雨天為建筑物供暖發(fā)電，大大減少了傳統(tǒng)能源的消耗。
可以利用上述具有夾芯板結(jié)構(gòu)的反射器的太陽能利用裝置構(gòu)建相鄰的房屋的屋面，兩幢 相鄰房屋的屋面夾芯板之間留有很窄的樓間縫，樓間縫的寬度和夾芯板寬度的比值小于3。
下面進(jìn)行進(jìn)一歩說明。
采用固定的淺弧形反射面大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，大大降低了每平米造價(jià)。同時(shí)也可以承受強(qiáng) 風(fēng)等惡劣環(huán)境，可以推廣到全球多數(shù)地區(qū)。而目前槽式聚光器多數(shù)只能用于弱風(fēng)的沙漠地區(qū)。
為了進(jìn)一步降低成本，可以使用更簡(jiǎn)單的夾芯板結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)固定的淺弧形反射面?？赏ㄟ^ 一塊夾芯板實(shí)現(xiàn)，上基板為淺弧形，并裝有反射層，實(shí)現(xiàn)反射聚焦的功能。上基板和下基板 結(jié)合起到了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支撐作用。上下基板之間裝有保溫隔熱層，同時(shí)可以起到隔音作用。 由于淺弧形和之前建筑業(yè)常用的平面形夾芯板外形差別不大。尺寸模數(shù)做適當(dāng)?shù)倪x擇后，可 以直接替換。也可通過多塊夾芯板，共同組成一個(gè)整體的淺弧形反射面。
夾芯板除了可起到反射聚焦太陽光的作用，完全可以同時(shí)作為屋面板使用，即安裝在屋 頂可以起到防水，隔熱，隔音，支撐等作用。夾芯板作為屋面板使用，由于本身反射了90% 以上的太陽光，夾芯結(jié)構(gòu)又隔熱，因此可以解決以往建筑物頂樓夏天過熱的問題。
為了能有效地起到屋面板保溫板墻板的作用，夾芯板裝有企 、密封條和隔熱墊。這里主要上下板連接成企口，并加以密封條，實(shí)現(xiàn)了防水隔音的功能。上下基板之間墊有隔熱墊， 進(jìn)一步隔離了內(nèi)外熱量交換?？梢栽鰪?qiáng)了保溫作用可以進(jìn)一步節(jié)省能源。
夾芯板是薄板連接而成，夾芯板上反射層可由多片長(zhǎng)條形玻璃鏡片構(gòu)成，玻璃鏡片表面 鍍有金屬膜以反射陽光，金屬膜上鍍了保護(hù)層，以防止金屬膜的腐蝕。玻璃鏡片可直接粘接 在上基板上，玻璃鏡片覆蓋有保護(hù)膜。
夾芯板上裝有加強(qiáng)筋和側(cè)梁以增加夾芯板的強(qiáng)度和剛度。因?yàn)榉瓷浒宓姆垂庑氏陆担?壽命可能小于十五年，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)屋頂?shù)膲勖?，因此?yīng)該設(shè)置快速拆裝結(jié)構(gòu)，使得拆裝屋頂 能夠在一天甚至更短的時(shí)間內(nèi)結(jié)束。而側(cè)梁的厚度大于基板容易攻螺絲孔，側(cè)梁也可以部分 代替檁條，其強(qiáng)度大可減少固定結(jié)構(gòu)的數(shù)目，也容易設(shè)置卡槽等裝置利于快速拆裝。
接收器如果為直接焊接或以法蘭連接的鋼管，每一段鋼管兩端部加波紋管，可以提升整 體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。接收器鋼管本身也可以起到支架的作用，從而減少整體結(jié)構(gòu)的成本。同時(shí) 相鄰的接收器也以鋼管連接成整體，提高整體的剛度和抗風(fēng)能力。
過去聚光發(fā)電裝置占地巨大只能裝在沙漠等邊遠(yuǎn)地區(qū)，由于熱能無法遠(yuǎn)距離傳輸，因此 大量熱能被白白浪費(fèi)了。而裝在屋頂上的聚光裝置離用戶非常近，發(fā)電以后的中高溫蒸汽完 全可以用來取暖制冷等等。熱電綜合利用就大大提高了效率。
反射板在反光效率下降壽命終止時(shí)，可以拆下作為建筑物屋面板、外墻的保溫板、墻板、 貨架板甚至倉庫內(nèi)的地板繼續(xù)使用。過去平板太陽能電池單位面積的價(jià)格較高，而屋面板， 墻板，保溫板單位面積的價(jià)格很低。因此即使平板太陽能電池能夠作為墻板使用，其減小的 成本也是微乎其微的。但本發(fā)明采用的夾芯板結(jié)構(gòu)成本本身也比較低，因此能夠作為屋面板 和保溫墻板就會(huì)大大減低成本，提升投資收益率。由于夾芯板保溫隔熱，可以在較長(zhǎng)壽命期 內(nèi)節(jié)省能源。因此它節(jié)省和收集的能源要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出制造夾芯板消耗的能源，而這在許多其他 可再生能源中是個(gè)大問題，它們?cè)谏a(chǎn)過程消耗了大量的常規(guī)能源。
綜上所述本發(fā)明采用固定的淺弧形反射面大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，大大降低了造價(jià)，可以承受 強(qiáng)風(fēng)等惡劣環(huán)境，同時(shí)相對(duì)于現(xiàn)有的固定反射面線聚光太陽能裝置，能夠有效地減輕散焦的 程度，達(dá)到較高的聚光比。而聚光比的提高意味著工質(zhì)溫度的提高，因此在發(fā)電后仍可得到 100-150度的中高溫蒸汽可以供溴化鋰制冷機(jī)或采暖干燥裝置使用，擴(kuò)大了太陽能的應(yīng)用范 圍。采用了貼有反射層的夾芯板，夾芯板包含了上下基板及中間的保溫層。夾芯板的側(cè)面裝 有企口、密封條、隔熱墊，在工作時(shí)可作為屋面板使用，在反光效率下降壽命終止時(shí)可以作 為保溫板墻板地板等使用，循環(huán)利用可進(jìn)一歩發(fā)揮節(jié)能增效的作用。反射鏡由于完全固定， 受力從單一的可旋轉(zhuǎn)的支點(diǎn)變成多個(gè)固定支點(diǎn)甚至固定邊，受力情況大大改善。并增加了加 強(qiáng)筋和側(cè)梁，在惡劣天氣等極端條件下還可鎖定在反射器端點(diǎn)的集熱管鎖定器上。因此許多有臺(tái)風(fēng)的地區(qū)也可使用本發(fā)明的太陽能利用裝置。


圖1表示陽光以傾斜的角度入射較深的凹槽反射后造成散焦的示意圖2為本發(fā)明的太陽能利用裝置的側(cè)視圖3為垂直照射淺弧形反射面的光線的反射聚焦示意圖4為以傾斜角度a入身寸淺弧形反射面的反射聚焦示意圖5反映了聚光比與弦長(zhǎng)弦高比的關(guān)系；
圖6反映了弦長(zhǎng)弦高比與焦距的關(guān)系；
圖7為陽光以傾斜的角度入射弦長(zhǎng)弦高比=40的凹槽反射光線示意圖；圖8為實(shí)施例一中太陽能建筑等軸測(cè)圖9為實(shí)施例--的一種等效變形，可旋轉(zhuǎn)反射板結(jié)構(gòu)圖，即由兩塊乃至多塊反射板組成一個(gè)整體的淺弧形反射面；
圖9A為圖9的局部放大圖10實(shí)施例一中真空集熱管結(jié)構(gòu)圖11實(shí)施例一中太陽能建筑系統(tǒng)框圖12為實(shí)施例二中太陽能電站示意圖，其中由多塊平面反射板4構(gòu)成一個(gè)整體的淺弧形反射面，將陽光匯聚到安裝在太陽能電池板支架43的太陽能電池板42上。
圖中，1-集熱管連接支管，2-集熱管中間支架，3-集熱管法蘭盤，4-接收器旋轉(zhuǎn)支架，5-接收器固定支架，6-淺弧形反射板，7-法蘭盤轉(zhuǎn)軸，，8-集熱管支架轉(zhuǎn)軸，9-集熱管鎖定器，10-反射板保溫層，11-建筑物前立柱，12-外墻保溫板，13-地板，14-反射板支架，15-建筑物后立柱，16-蓄熱室熱交換管線，17-蓄熱室內(nèi)壁，18-蓄熱室保溫板，19-蓄熱介質(zhì)，20-樓板，21-內(nèi)墻板，22-反射板可旋轉(zhuǎn)企口， 23-反射鏡保護(hù)膜，24-平面鏡片，25-隔熱墊，26-反射板右側(cè)梁，27-加強(qiáng)筋，28-反射板上基板，29-密封條，30-排水槽，31-反射板左側(cè)梁，32-反射板下基板，33-反射板卡口， 34-反射板支架卡槽，35-反射板企口， 36-集熱管，37-樓間縫，38-波紋管，39-遮光板，40-集熱管內(nèi)管，41-平面反射板，42-太陽能電池板，43-太陽能電池板支架。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的舉例性說明和原理性說明。
如圖2所示，該太陽能利用裝置具有多個(gè)太陽光反射接收單元，每個(gè)反射接收單元包括淺弧形反射板6和集熱管36，淺弧形反射板6固定設(shè)置在支架上，淺弧形反射板6為長(zhǎng)凹槽型，集熱管36與淺弧形反射板6的長(zhǎng)縱向平行，如圖3所示，確定淺弧形反射板6的有效反射面的橫截面的槽線的中點(diǎn)為O，確定線段AB的中點(diǎn)為C，線段AC和BC的長(zhǎng)度為/，線段OC的長(zhǎng)度為/2，貝U2/: /7=70 /00;確定平行于OC的光線投射到A點(diǎn)和O點(diǎn)反射后聚于F點(diǎn)，Z AFO=2 ^ ，圓弧 AFB 的圓心為點(diǎn) E ， 則線段OE的長(zhǎng)度U = W - L, = ^ + " "g2^ - 〃 sin 46 '圓弧AFB的半徑大小即為線段EF的長(zhǎng)度
1
//sin 20
1
，該裝置具有使得集熱管36能夠沿圓弧AFB追蹤
". 2 cos2^2 cos261 sm46*
經(jīng)反射器反射匯聚后的太陽光的跟蹤機(jī)構(gòu)。曲線AOB之外的部分如果弧度過大，則為無效反
射面，因?yàn)檫@部分反射光將無法被接收器跟蹤接收。有效反射面的定義是為了防止在淺弧形反射面的兩端加裝側(cè)板從而回避2/: /2>/0的限制。上述參數(shù)可通過圖3和圖4進(jìn)行推導(dǎo)而得。
圖3為垂直照射淺弧形反射面的光線的反射聚焦示意圖，S為曲線AOB端點(diǎn)法線與x軸的夾角。顯然，
反射光線AF的方程_y = / + fg(-2。*(x —/2) 1
反射光線OF的方程y = 0 2
則兩條光線的交點(diǎn)F的坐標(biāo)為(/*"g2^ + / ,0) 3
焦距；=/*"g26> + A 4
當(dāng)曲線AOB是圓弧時(shí)，則A點(diǎn)的法線指向圓心。圓的半徑i ^ =/*"g^ + /7 5
當(dāng)^很小時(shí)，h也很小， l i^/2 6
圖4為以傾斜角度a入身寸淺弧形反射面的反射聚焦示意圖，經(jīng)A點(diǎn)的反射光與經(jīng)B點(diǎn)的反射光小交于F,
經(jīng)分析可知，總有角ZAF^^4P。 7
則F,的軌跡就是圓弧AFB:圓弧AFB的半徑/,,,=k*
1 〃sin2S, 1
/
當(dāng)W艮小時(shí)，半徑/￡/, 一《/4
2 cos 26* 2 cos 26 sin4S
46
而='。/.' — ; = " / *啤26 - 〃 sin 46
8
9當(dāng)曲線AOB弧度較淺時(shí)，無論曲線AOB是橢圓、拋物線、雙曲線或分段直線等，均可
使用上述公式。
當(dāng)太陽光線以角度a斜射反射鏡時(shí)，見圖4。
由圖4可以看出Fl并不在OF0上，也就是說光線并不是會(huì)聚在一個(gè)焦點(diǎn)，而是一個(gè)區(qū)域。即當(dāng)太陽光斜射時(shí)，反射光已經(jīng)散焦。圖1即為數(shù)值模擬的陽光以23.5度斜射某一拋物面的反射光線示意圖。其散焦非常嚴(yán)重，聚光比很小，這意味著低品位的能源和昂貴的大面積的接收器。仔細(xì)觀察圖1中聚焦區(qū)域的頸部可以看出，頸部一側(cè)是反射鏡中點(diǎn)發(fā)出的反射光，另一側(cè)是兩端點(diǎn)發(fā)出反射光的交點(diǎn)。因此在數(shù)值模擬光線跟蹤算法可以此頸部的尺寸來估算該系統(tǒng)可能達(dá)到的最大聚光比。
用光線跟蹤算法數(shù)值模擬，通過對(duì)反射器的長(zhǎng)凹槽(以下通俗的稱為淺弧形反射面)的對(duì)焦區(qū)域模擬得到理論最大聚光比的曲線，如圖5所示，五條曲線從下向上分別表示淺弧形反射面的弦長(zhǎng)和弦高的比值(2/: / J分別為9、 10、 12、 15、 20的最大聚光比曲線。陽光入射角度越小，聚光比越大，角度為零時(shí)，理論聚光比為無窮大。弧度越淺(2/: /2的比值越大)，焦點(diǎn)越遠(yuǎn)，在陽光傾斜入射時(shí)的理論最大聚光比越高，可以高達(dá)30以上，焦斑尺寸很小，完全可以滿足發(fā)電采暖等的需要。當(dāng)然，焦點(diǎn)越遠(yuǎn)，接收器離反射器也越遠(yuǎn)，風(fēng)載越大，支架和跟蹤裝置造價(jià)也越高。圖6顯示了弧度與焦距的關(guān)系，橫軸為2/: /2，縱軸為焦距與弦長(zhǎng)2/的比值?？梢钥闯霎?dāng)2/: //大于WO時(shí)，焦距大于弦長(zhǎng)的6倍。這意味著2米寬的反射面，焦距達(dá)12米以上。本發(fā)明是綜合考慮了上述因素，優(yōu)化選擇了2/: A=/0 /W。圖7為陽光以傾斜的角度入射弦長(zhǎng)弦高比=40的凹槽反射光線示意圖。
經(jīng)A點(diǎn)的反射光與經(jīng)B點(diǎn)的反射光的交點(diǎn)軌跡為圓弧AFB。當(dāng)聚光比較高時(shí)，焦斑尺寸很小，即離經(jīng)A點(diǎn)的反射光與經(jīng)B點(diǎn)的反射光的交點(diǎn)很近，可以近似地將圓弧AFB作為接收器的跟蹤軌跡。當(dāng)然該交點(diǎn)的附近都是匯聚光，因此在該點(diǎn)附近都能達(dá)到聚光的作用。離該交點(diǎn)遠(yuǎn)所付出的代價(jià)是聚光比的降低。降低的幅度與距該交點(diǎn)的距離和反射板弧度的深淺都有關(guān)。甚至可以設(shè)計(jì)成在陽光充足的夏季離該交點(diǎn)遠(yuǎn)一些，以適當(dāng)平衡接收器的光能輸入。
根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果分析，距圓心E的距離偏離/￡,.的一半可使聚光比下降30%以上。
實(shí)施例一為一太陽能建筑，從圖2和圖8中可以看出建筑物的結(jié)構(gòu)。建筑物的框架包括建筑物前立柱ll、建筑物后立柱15、反射板支架14。建筑物內(nèi)外表面包括樓板20、內(nèi)墻板21、外墻保溫板12、地板13、淺弧形反射板6。其中淺弧形反射板6固定安裝在反射板支架14上。
淺弧形反射板6包括反射板上基板28、反射板下基板32及夾在中間的反射板保溫層10。
反射板的具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考圖9和圖9A。反射板上基板28和反射板下基板32 —般由薄板沖壓而成，兩者之間可加隔熱墊25后，再鉚接固定。反射板上基板28上粘接了平面鏡片24。平面鏡片24上附著反射鏡保護(hù)膜23，可以在安裝及運(yùn)輸時(shí)保護(hù)平面鏡片24。反射板的側(cè)面裝有密封條29和排水槽30用于防水。反射板下基板32沖壓了反射板加強(qiáng)筋27，反射板的側(cè)面還鉚接了反射板右側(cè)梁26、反射板左側(cè)梁31 ，這些都是為了增加反射板的強(qiáng)度，可以加大反射板的尺寸，減少接縫的數(shù)目，有利于降低成本和快速拆裝。反射板左側(cè)梁31上裝有反射板卡口33，可與反射板支架14上的反射板支架卡槽34相配合以固定淺弧形反射板6。在拆裝時(shí)淺弧形反射板6可以方便地嵌入反射板支架卡槽34或者從反射板支架卡槽34取出，有利于快速拆裝。
圖2中反射板企口 35完全密合的，因此兩塊反射板不能旋轉(zhuǎn)來組合成一個(gè)更大的淺弧形反射面。圖9中采用了反射板可旋轉(zhuǎn)企口22，允許兩塊反射板之間有一定角度差，可組合成一個(gè)整體的淺弧形反射面。所以減少了集熱管的數(shù)目，可以增大集熱管的直徑，從而降低成本和增強(qiáng)抗風(fēng)能力。
槽式聚光器通常有幾十米乃至上百米長(zhǎng)。而建筑物的長(zhǎng)度通常較短，這樣在兩幢相鄰建筑物之間距離較大時(shí)，安裝在屋頂?shù)姆瓷浒蹇梢匝娱L(zhǎng)之間留有樓間縫37。樓間縫的位置請(qǐng)參考圖8，建筑物受熱膨脹或者移動(dòng)時(shí)，樓間縫37使得屋頂不會(huì)碰撞，由于樓間縫37較窄，一塊反射板的反光可以匯聚到另一側(cè)的接收器上。因此接收器可以聯(lián)成一體，降低了成本。
在圖2中可以看出屋頂上方的集熱系統(tǒng)包括集熱管36、集熱管連接支管l、集熱管中間支架2、集熱管法蘭盤3。集熱管36通過集熱管連接支管1、集熱管中間支架2、集熱管法蘭盤3連接成一個(gè)整體，提高了抗風(fēng)能力。在惡劣天氣時(shí)可以將集熱系統(tǒng)鎖定在集熱管鎖定器9上，屋頂上除了接收器旋轉(zhuǎn)支架4、接收器固定支架5外沒有任何高的突出物，該狀態(tài)具有最強(qiáng)的抗風(fēng)能力。集熱管鎖定器9可以采用電磁鐵或其他機(jī)械鎖定裝置。在圖IO可以看出集熱管36的具體結(jié)構(gòu)，包括波紋管38、集熱管法蘭盤3、集熱管內(nèi)管40、遮光板39等。波紋管38可以解決集熱管內(nèi)管40受熱膨脹帶來的密封問題。外玻璃管下部安裝的遮光板39是為防止了波紋管38受到聚焦太陽光的照射。
在圖2中可以看出跟蹤系統(tǒng)包括接收器旋轉(zhuǎn)支架4、接收器固定支架5、法蘭盤轉(zhuǎn)軸7、集熱管支架轉(zhuǎn)軸8。接收器固定支架5固定在建筑物上，通過集熱管支架轉(zhuǎn)軸8與接收器旋轉(zhuǎn)支架4相連，而接收器旋轉(zhuǎn)支架4通過法蘭盤轉(zhuǎn)軸7與上方的集熱系統(tǒng)相連。于是上方的集熱系統(tǒng)可以整體繞集熱管支架轉(zhuǎn)軸8轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤匯聚的太陽光。
在圖2中還可以看出蓄熱系統(tǒng)包括蓄熱室熱交換管線16、蓄熱室內(nèi)壁17、蓄熱室保溫板
18、蓄熱介質(zhì)19等。蓄熱室內(nèi)壁17中存有蓄熱介質(zhì)19，蓄熱介質(zhì)19可采用水、油、熔融
鹽等。蓄熱室保溫板18裝在蓄熱室內(nèi)壁17外，可使用廢棄的反射板充當(dāng)保溫板。實(shí)施例一太陽能建筑的系統(tǒng)框圖為圖11，從中可以看出太陽能應(yīng)用的流程，入射的太陽 光經(jīng)反射板匯聚后聚焦在真空集熱管上，傳熱工質(zhì)經(jīng)泵加壓循環(huán)流經(jīng)真空集熱管和蓄熱室， 把熱能傳到蓄熱介質(zhì)中。另一傳熱工質(zhì)，通常是水，流經(jīng)蓄熱室中的盤管變成高溫蒸汽，輸 入汽輪機(jī)做功，輸出的中溫蒸汽則輸往溴化鋰制冷機(jī)，再被冷卻水冷卻經(jīng)泵輸往蓄熱室中的 盤管完成循環(huán)。汽輪機(jī)可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，也可直接驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)等負(fù)載。被加熱的冷卻水可作 為生活熱水，也用于采暖。
圖12中為實(shí)施例二太陽能電站示意圖，其中由多塊平面反射板41構(gòu)成一個(gè)整體的淺弧 形反射面，將陽光匯聚到安裝在太陽能電池板支架43的太陽能電池板42上。平面反射板41 與通常建筑物使用的夾芯板更接近，成本更低，只是整體的淺弧形反射面的尺寸會(huì)大一點(diǎn)， 占地也會(huì)更大，更適合大規(guī)模應(yīng)用的場(chǎng)合。
上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的是讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了 解本發(fā)明并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所作的 等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種太陽能利用裝置，具有一個(gè)或多個(gè)太陽光反射接收單元，每個(gè)反射接收單元包括反射器和接收器，反射器固定設(shè)置在支架上，反射器采用長(zhǎng)凹槽型反射面，接收器與反射器的長(zhǎng)縱向平行，其特征在于，確定反射器的有效反射面的橫截面的槽線的兩端點(diǎn)分別為A、B，反射器的有效反射面的橫截面的槽線的中點(diǎn)為O，線段AB的中點(diǎn)為C，線段AC和BC的長(zhǎng)度為l，線段OC的長(zhǎng)度為h，則2lh＝10～100；確定平行于OC的光線投射到A點(diǎn)和O點(diǎn)反射后聚于F點(diǎn)，∠AFO＝2θ，圓弧AFB的圓心為點(diǎn)E，則線段OE的長(zhǎng)度lOE＝lOF-lEF＝h+l*ctg2θ-l/sin 4θ，圓弧AFB的半徑大小即為線段EF的長(zhǎng)度 id="icf0001" file="A2009100930930002C1.tif" wi="82" he="12" top= "86" left = "19" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>所述裝置具有使得接收器能夠沿弧形軌跡追蹤經(jīng)反射器反射匯聚后的太陽光的跟蹤機(jī)構(gòu)，所述弧形軌跡上任一點(diǎn)X距圓心E的距離lXE＝0.5lEF～1.5lEF。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，接收器為真空集熱管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，反射器的長(zhǎng)凹槽反射面由多片表面為平面的長(zhǎng)條形反射鏡構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，跟蹤機(jī)構(gòu)包括光強(qiáng)感應(yīng)器和使接收器能夠沿弧形軌跡移動(dòng)的致動(dòng)結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，反射器采用夾芯板拼接結(jié)構(gòu)，夾芯板包括上基板，下基板和填充在兩層基板中間的內(nèi)保溫層，上基板上具有反射層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于夾芯板的側(cè)面裝有企口、密封條。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于夾芯板上裝有加強(qiáng)筋、側(cè)梁和隔熱墊。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于接收器為整體直接焊接或以法蘭連接的集熱管。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述裝置具有鎖定接收器的鎖定結(jié)構(gòu)。
10、 一種太陽能利用方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1 9任一項(xiàng)所述的太陽能利用裝置構(gòu)建房屋的屋頂或墻體。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，屋頂下裝有蓄熱室儲(chǔ)藏太陽能，蓄熱室包括外保溫板，內(nèi)壁，蓄熱介質(zhì)和進(jìn)出管路。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，利用權(quán)利要求5所述的太陽能利用裝置構(gòu)建相鄰的房屋的屋面，兩幢相鄰房屋的屋面夾芯板之間留有很窄的樓間縫，樓間縫的寬度和夾芯板寬度的比值小于3。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種太陽能利用裝置及使用方法，利用固定的具有淺弧形反射面的反射器反射太陽光，利用跟蹤機(jī)構(gòu)操作接收器追蹤經(jīng)反射器反射匯聚的太陽光。本發(fā)明采用固定的淺弧形反射面大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了造價(jià)，可以承受強(qiáng)風(fēng)等惡劣環(huán)境，同時(shí)相對(duì)于現(xiàn)有的固定反射面線聚光太陽能裝置，能夠有效地減輕散焦的程度，達(dá)到較高的聚光比。反射器包含貼有反射層的夾芯板，夾芯板包含了上下基板及中間的保溫層。夾芯板的側(cè)面裝有企口密封條，可作為屋面板保溫板墻板地板等使用。接收器可為真空集熱管或太陽能電池板。在惡劣天氣等極端條件下可固定在反射器端點(diǎn)的鎖定裝置上。
文檔編號(hào)F24J2/38GK101672537SQ20091009309
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者濤 孫 申請(qǐng)人:濤 孫